电磁制动结晶器内电磁参数对钢液流动行为影响数值模拟

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.06.014

辽宁石油化工大学学报 ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (6): 72-78.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2021.06.014

电磁制动结晶器内电磁参数对钢液流动行为影响数值模拟

任博群¹(), 宝艳明¹, 李壮¹(), 韩立浩²

^1.辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺 113001
^2.河北工业职业技术学院材料工程系，河北石家庄 050091

收稿日期:2021-01-26 修回日期:2021-02-15 出版日期:2021-12-25 发布日期:2021-12-28
通讯作者: 李壮
作者简介:任博群（1996⁃），男，硕士研究生，从事多相流与传热方面的研究；E⁃mail：renboqun1996@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51804154);辽宁省教育厅一般项目(L2020023);河北省高等学校科学技术研究青年基金项目(QN2018203)

Numerical Simulation of Influence of Electromagnetic Parameters on Molten Steel Flow behavior in Mold with Electromagnetic Brake

Boqun Ren¹(), Yanming Bao¹, Zhuang Li¹(), Lihao Han²

^1.College of Petroleum Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China
^2.Material Engineering Department，Hebei College of Industry and Technology，Shijiazhuang Hebei 050091，China

Received:2021-01-26 Revised:2021-02-15 Published:2021-12-25 Online:2021-12-28
Contact: Zhuang Li

摘要/Abstract

摘要：

采用数值模拟方法研究了电磁参数（上、下磁极间距和线圈电流强度）对结晶器内流场和钢/渣界面波动行为的影响。结果表明，全幅两段式电磁制动结晶器内上部磁极和下部磁极覆盖区域磁感应强度会相互影响，上部（下部）磁极线圈电流强度的增加，会导致对应的下部磁极（上部磁极）覆盖区域内磁感应强度增加；施加全幅两段式电磁制动可以显著抑制结晶器内钢液流速和稳定弯月面波动；当上、下磁极间距增大时，钢液射流对结晶器窄面的冲击强度增大，钢/渣界面处湍动能和钢液流速增大；随着上部磁极线圈电流强度增大，钢液射流对结晶器窄面的冲击强度基本不变，钢/渣界面处钢液流速和湍动能减小；随着下部磁极线圈电流强度增大，钢液射流对结晶器窄面的冲击强度略微减小，钢/渣界面处流速和湍动能减小。

关键词: 连铸, 结晶器, 流场, 电磁制动, 数值模拟

Abstract:

The influence of electromagnetic parameters (the distance between upper and lower poles and the coil current intensity) on the flow field in the mold and the volatile behavior of steel/slag interface was studied by numerical simulation. The results show that the magnetic induction intensity in the covered area of the upper magnetic pole and the lower magnetic pole in the full?amplitude two?stage electromagnetic brake crystallizer affects each other. The increase of the current intensity in the coil of the upper (or lower) magnetic pole will lead to the increase of the magnetic induction intensity in the covered area of the corresponding lower magnetic pole (upper magnetic pole). The full amplitude two?stage electromagnetic brake can significantly restrain the flow velocity of molten steel and stabilize the fluctuation of meniscus in the mold. As the distance between upper and lower magnetic poles increases, the impact intensity of molten steel jet on the narrow surface of the mold increases, and the turbulent kinetic energy and velocity of molten steel at the steel/slag interface increase. With the increase of the current intensity of the upper magnetic pole coil, the impact intensity of liquid steel jet on the narrow surface of the mold is basically unchanged, and the flow velocity and turbulent kinetic energy of liquid steel at the steel/slag interface decrease. As the current intensity of the lower pole coil increases, the impact intensity of liquid steel jet on the narrow surface of the mold decreases slightly, and the flow velocity and turbulent kinetic energy at the steel/slag interface decrease.

Key words: Continuous casting, Mold, Flow field, Electromagnetic brake, Numerical simulation

中图分类号:

TF777.1

任博群, 宝艳明, 李壮, 韩立浩. 电磁制动结晶器内电磁参数对钢液流动行为影响数值模拟[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(6): 72-78.

Boqun Ren, Yanming Bao, Zhuang Li, Lihao Han. Numerical Simulation of Influence of Electromagnetic Parameters on Molten Steel Flow behavior in Mold with Electromagnetic Brake[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2021, 41(6): 72-78.

图/表 14

图1 结晶器内流体区域几何尺寸、线圈位置和结晶器水口尺寸

图2 流体区域网格划分

表1 结晶器内钢液、液渣的材料属性和数值模拟过程中的工艺参数

参数	数值	参数	数值
钢液密度/（kg·m^－3）	7 020	液渣密度/（kg·m^－3）	2 700
钢液动力黏度/（kg·m^－1·s^－1）	0.006 5	液渣动力黏度/（kg·m^－1·s^－1）	0.200 0
结晶器长度/mm	1 450	水口倾斜角度/（°）	-15
结晶器宽度/mm	230	水口入口内径/mm	75
结晶器高度/mm	530	水口入口外径/mm	142
拉坯速度/（m·min^－1）	1.8	计算区域/mm	1 450×230×2 530
水口浸入深度/mm	170	上、下磁极间距D/mm	220、270、320
上线圈电流强度I₁/A	350、450、650	下线圈电流强度I₂/A	350、450、650

图3 结晶器流体区域和结晶器厚度中心面处磁场分布

图4 沿结晶器高度方向上磁感应强度分布

图5 I1、I2分别为150、450 A时D对结晶器内钢液流场的影响

图6 D对结晶器窄面附近湍动能及钢渣界面形状的影响

图7 D对结晶器内钢渣界面处湍动能和表面流速的影响

图8 I1对结晶器中心面（z=0）处钢液流速的影响

图9 I1对结晶器窄面湍动能及钢/渣界面形状的影响

图10 I1对钢渣界面处湍动能和钢液表面流速的影响

图11 下部磁极线圈电流强度对结晶器厚度中心面内钢液流速的影响

图12 I2对结晶器窄面湍动能及钢/渣界面形状的影响

图13 I2对钢渣界面处湍动能和表面流速的影响

参考文献 13

1	李宝宽.高拉速时连铸结晶器内钢液湍流场及其电磁控制研究［J］.钢铁，2005，40（7）：33⁃36.
2	Li Z，Zhang L T，Ma D Z，et al.Numerical simulation on flow characteristic of molten steel in the mold with freestanding adjustable combination electromagnetic brake［J］.Metallurgical and Materials Transactions B，2020，51（6）：2609⁃2627.
3	Cukierski K，Thomas B G.Flow control with local electromagnetic braking in continuous casting of steel slabs［J］. Metallurgical and Materials Transactions B： Process Metallurgy and Materials Processing Science，2008，39（1）：94⁃107.
4	Garcia⁃Hernandeza S，Morales R D，Torres⁃Alonsoa E，et al.Effects of EMBr position，mould curvature and slide gate on fluid flow of steel in slab mould［J］.Ironmaking and Steelmaking， 2010，37（5）：360⁃368.
5	Moon K H，Shin H K，Kim B J，et al.Flow control of molten steel by electromagnetic brake in the continuous casting mold ［J］.ISIJ International，1996，36（1）：201⁃203.
6	Li Z，Wang E G，Xu Y.Behavior of molten steel flow in continuous casting mold with different static magnetic field configurations（Article）［J］.Journal of Iron and Steel Research International，2018，25（4）：366⁃377.
7	Kim D S，Kim W S，Cho K H.Numerical simulation of the coupled turbulent flow and macroscopic solidification in continuous casting with electromagnetic brake［J］.ISIJ International，2000，40（7）：670⁃676.
8	Li B K，Okaneand T，Umeda T. Modeling of molten metal flow in a continuous casting process considering the effects of argon gas injection and static magnetic⁃field application［J］.Metallurgical and Materials Transactions B： Process Metallurgy and Materials Processing Science，2000，31（6）：1491⁃1503.
9	金百刚，王军，李超，等.结晶器电磁制动技术的应用研究［J］.冶金设备，2011（1）：39⁃42.
10	Kollberg S，Löfgren P.Improving productivity and quality in thick slab casting by direct control of FC mould［J］.Revue de Metallurgie. Cahiers D'Informations Techniques，2005，102（6）：431⁃440.
11	贾皓，张振强，于湛，等. FC Mold II电磁制动中磁场匹配对金属液流影响［J］.金属学报，2012，48（9）：1049⁃1056.
12	范开峰，王卫强，阿斯汗，等.水平T型管中油水两相流流动数值模拟研究［J］.石油化工高等学校学报，2013，26（5）：75⁃77.
13	李青云.基于CFD的小型反应釜中不同湍流模型数值模拟比较［J］.当代化工，2020，49（7）：1483⁃1487.

[1]	严晓峰, 仇天忠, 岳云辉, 梁嘉瑞, 王通, 胡贤忠. 富氢甲烷直接火焰冲击加热带钢传热特性的数值模拟[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2024, 44(4): 10-17.
[2]	张准顺, 潘振, 包瑞新, 李洋, 马贵阳. 掺氢比对天然气管道泄漏扩散影响的模拟研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2024, 44(4): 44-50.
[3]	周振, 张云宝, 王承州, 詹兆海, 郑旭林, 陈丹丰. “弱凝胶+水基微球”组合调驱数值模拟量化的表征研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(4): 72-77.
[4]	邹思雨, 任建民, 朱向哲. 新型单螺杆挤出机组合螺杆混合特性分析[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(1): 54-60.
[5]	伍轶鸣, 姚琨, 刘艳, 李湘云, 吴蜜蜜, 成荣红. 凝析气藏注气提高采收率数值模拟研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(3): 51-55.
[6]	徐冰, 李小玲, 吴玉国. 天然气管道肋条减阻数值分析[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(3): 56-61.
[7]	李嘉宁, 杜胜男, 范开峰, 晁凯, 黄雪松, 李伟, 王卫强. 多起伏大高差油气混输管道停输和再启动瞬态流动规律研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(2): 55-60.
[8]	张鹏飞, 孟宇, 王东阳, 朱向哲. 长短棱长度比对4WS转子密炼机混合特性的影响[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(2): 73-78.
[9]	谢磊, 邹思雨, 朱向哲. 单螺杆挤出机螺杆组合段流域混合特性[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(5): 72-78.
[10]	陆莹, 马贵阳. π型管液固两相冲刷腐蚀数值模拟[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(4): 52-57.
[11]	罗婷婷, 姚振杰, 段景杰, 李剑, 赵永攀. 低渗透油藏储层特征描述及三维地质建模研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(3): 40-44.
[12]	范玉斌，王卫强，秦国庆，庄正刚. 流量差异和管径突变对立管流动状态的影响[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(2): 58-63.
[13]	刘智铭，董杰，谢禹钧. SK型静态混合器对原油混合特性影响的数值模拟[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(2): 73-77.
[14]	秦国庆, 王卫强, 范玉斌, 庄正刚, 余睿哲. 深海卧管⁃悬链线立管系统管内流动特性分析[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(1): 52-58.
[15]	王军成，王岳. 集输管线盲通管冲刷腐蚀数值模拟[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2019, 39(5): 73-77.

电磁制动结晶器内电磁参数对钢液流动行为影响数值模拟

Numerical Simulation of Influence of Electromagnetic Parameters on Molten Steel Flow behavior in Mold with Electromagnetic Brake

HTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 14

参考文献 13

相关文章 15

编辑推荐

Metrics